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传感器
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摘要
申请专利号:

CN201180064769.4

申请日:

2011.12.28

公开号:

CN103299202B

公开日:

2015.01.14

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权人的姓名或者名称、地址的变更 IPC(主分类):G01R 33/09变更事项:专利权人变更前:阿尔卑斯电气株式会社变更后:阿尔卑斯阿尔派株式会社变更事项:地址变更前:日本东京都变更后:日本东京都|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 33/09申请日:20111228|||公开
IPC分类号: G01R33/09; H01L43/08 主分类号: G01R33/09
申请人: 阿尔卑斯电气株式会社
发明人: 尾花雅之; 安藤秀人
地址: 日本东京都
优先权: 2011.01.13 JP 2011-004634; 2011.03.07 JP 2011-048565
专利代理机构: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 刘建
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201180064769.4

授权太阳城集团号:

太阳城集团|||103299202B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2019.03.29|||2015.01.14|||2013.10.16|||2013.09.11

法律状态类型:

专利权人的姓名或者名称、地址的变更|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明的目的在于,提供一种能够使强磁场抗性提高的磁传感器。本实施方式的磁传感器具有:多个元件部(9);配置在各元件部的两侧的偏压层(10);与各元件部及各偏压层非接触的软磁性体(12)。元件部(9)的灵敏度轴向(P1)及偏压层(10)的磁化方向为Y1-Y2方向。各偏压层(10)构成为对元件部(9)沿着X1-X2方向供给偏压磁场。各软磁性体构成为,在作用有X1-X2方向的外部磁场时能够将磁场变换为大致Y1-Y2方向并向元件部(9)供给。在俯视观察下在元件部(9)与软磁性体(12)之间设有间隔(T1),并且偏压层(10)在俯视观察下未重叠在将各软磁性体(12)间的距离最短的缘部(12d)间呈直线状连结的虚拟线(E)上。另外,在元件连设体(17)的各软磁性体(12)之间不存在偏压层(10)。

权利要求书

权利要求书
1.   一种磁传感器,其特征在于,
所述磁传感器具有:
多个元件部,其由磁性层与非磁性层层叠而成且发挥磁阻效应;
偏压层,其配置在各元件部的第一水平方向的两侧;
软磁性体,其配置在各元件部的与所述第一水平方向正交的第二水平方向的两侧,且不与各元件部及各偏压层接触,
各元件部的灵敏度轴向为所述第二水平方向,
各偏压层的磁化方向为所述第二水平方向,以从各偏压层对各元件部供给向第一水平方向的偏压磁场的方式来构成各偏压层,
以如下所述的方式来构成各软磁性体,当配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体作用有来自所述第一水平方向的外部磁场时,能够将所述外部磁场变换为与所述第一水平方向不同的水平方向并向所述元件部供给,
多个所述元件部在所述第一水平方向上空开间隔地配置,与在所述第一水平方向上相邻的各元件部连接的所述偏压层间利用导电层连接而构成元件连设体,
多个所述元件连设体在所述第二水平方向上空开间隔地配置,各元件连设体的端部彼此通过所述导电层连接而形成为蜿蜒形状,
在俯视观察下在各元件部与配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体之间设有规定的间隔T1,并且所述偏压层在俯视观察下未重叠在将各软磁性体间的距离最短的缘部间呈直线状连结的虚拟线上,且所述虚拟线在位于所述偏压层间的所述元件部上通过,
在所述第二水平方向上相邻的所述元件连设体的各软磁性体之间不存在所述偏压层。

2.   根据权利要求1所述的磁传感器,其中,
所述软磁性体具有:相对于在各元件连设体内相邻的一方的所述元件部而配置在第二水平方向的Y1侧的Y1侧端部;相对于另一方的所述元件部而配置在Y1的相反侧的Y2侧的Y2侧端部;将所述Y1侧端部与所述Y2侧端部间连结的连接部。

3.   根据权利要求2所述的磁传感器,其中,
所述连接部配置在相对于所述第一水平方向及所述第二水平方向这两个方向倾斜的方向上。

4.   根据权利要求2或3所述的磁传感器,其中,
以能够在设于相邻的所述元件连设体的所述软磁性体间形成有相对于来自所述第二水平方向的干扰磁场的磁路的方式来构成各软磁性体。

5.   根据权利要求4所述的磁传感器,其中,
在设于相邻的所述元件连设体的一方的所述软磁性体的所述连接部的延长线上设置另一方的所述软磁性体的所述连接部。

6.   根据权利要求2至4中任一项所述的磁传感器,其中,
配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的一方的所述软磁性体的所述Y1侧端部及另一方的所述软磁性体的所述Y2侧端部的各前端分别在俯视观察下向所述元件部的方向折弯,且所述一方的软磁性体的前端和所述另一方的软磁性体的前端在所述第二水平方向上空开间隔T2地对置。

7.   根据权利要求1至6中任一项所述的磁传感器,其中,
所述元件部、所述偏压层及所述软磁性体的配置在各元件连设体之间相同。

8.   根据权利要求1至7中任一项所述的磁传感器,其中,
配置在所述第一元件部的所述第一水平方向的两侧的所述偏压层的结构和配置在所述第二元件部的所述第一水平方向的两侧的所述偏压层的结构不同,以使在各元件连设体作用于在所述第一水平方向上相邻的第一元件部的第一偏压磁场和作用于第二元件部的第二偏压磁场成为相反方向。

9.   根据权利要求1至8中任一项所述的磁传感器,其中,
磁阻效应元件的形成区域由所述第一水平方向及所述第二水平方向而区分为四个区域,且在各区域中形成有具有所述元件部、所述偏压层及所述软磁性体而构成桥接电路的第一磁阻效应元件、第二磁阻效应元件、第三磁阻效应元件及第四磁阻效应元件,
所述第一磁阻效应元件和所述第四磁阻效应元件相对于来自所述第一水平方向的外部磁场而显现相同的电阻变化,
所述第二磁阻效应元件和所述第三磁阻效应元件相对于来自第一水平方向的外部磁场而显现相同的电阻变化,但所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件显现不同的电阻变化,
各磁阻效应元件中的各元件部及各偏压层的结构相同,
所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件中的各软磁性体的结构均相同,
所述第二磁阻效应元件及所述第三磁阻效应元件中的各软磁性体的结构均相同,但所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件不同,以与相对于所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件的向各元件部的磁场变换方向成为相反方向。

10.   根据权利要求9所述的磁传感器,其中,
构成所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件的所述软磁性体和构成所述第二磁阻效应元件及所述第三磁阻效应元件的所述软磁性体以所述第二水平方向为对称轴而形成为线对称形状。

11.   一种磁传感器,其特征在于,
所述磁传感器具有:
多个元件部,其由磁性层与非磁性层层叠而成且发挥磁阻效应;
偏压层,其配置在各元件部的第一水平方向的两侧;
软磁性体,其配置在各元件部的与所述第一水平方向正交的第二水平方向的两侧,且不与各元件部及各偏压层接触,
各元件部的灵敏度轴向为所述第二水平方向,
各偏压层的磁化方向为所述第二水平方向,以从各偏压层对各元件部供给向第一水平方向的偏压磁场的方式来配置各偏压层,
以如下所述的方式来配置各软磁性体,当配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体作用有来自所述第一水平方向的外部磁场时,能够将所述外部磁场变换为与所述第一水平方向不同的水平方向并向所述元件部供给,
多个所述元件部在所述第一水平方向上空开间隔地配置,配置于在所述第一水平方向上相邻的各元件部的所述偏压层间利用导电层连接而构成元件连设体,
多个所述元件连设体在所述第二水平方向上空开间隔地配置,各元件连设体的端部彼此通过所述导电层连接而形成为蜿蜒形状,
所述软磁性体具有:相对于在各元件连设体内相邻的一方的所述元件部而配置在第二水平方向的Y1侧的Y1侧端部;相对于另一方的所述元件部而配置在Y1的相反侧的Y2侧的Y2侧端部;将所述Y1侧端部与所述Y2侧端部间连结的连接部,
以能够在设于相邻的所述元件连设体的所述软磁性体间形成有相对于来自所述第二水平方向的干扰磁场的磁路的方式来构成各软磁性体。

12.   根据权利要求11所述的磁传感器,其中,
所述连接部配置在相对于所述第一水平方向及所述第二水平方向这两个方向倾斜的方向上。

13.   根据权利要求11或12所述的磁传感器,其中,
在设于相邻的所述元件连设体的一方的所述软磁性体的所述连接部的延长线上设置另一方的所述软磁性体的所述连接部。

14.   根据权利要求11或12所述的磁传感器,其中,
配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的一方的所述软磁性体的所述Y1侧端部及另一方的所述软磁性体的所述Y2侧端部的各前端分别在俯视观察下向所述元件部的方向折弯,且所述一方的软磁性体的前端和所述另一方的软磁性体的前端在所述第二水平方向上空开间隔T2地对置。

说明书

说明书磁传感器
技术领域
本发明涉及一种强磁场抗性和干扰磁场抗性优越的磁传感器。
背景技术
采用了磁阻效应元件的磁传感器能够作为例如装入便携式电话等便携设备的对地磁进行检测的地磁传感器来使用。
但是,在具备用于对元件部供给偏压磁场的偏压层的磁传感器中,当从外部作用有非常强的磁场、例如数千Oe左右的强磁场时,在施加磁场除去后,产生了输出(中点电位差)变动的不良状况。这是因为,在强磁场的作用下,偏压层的磁化容易被破坏或波动。
另外,对来自相对于检测磁场正交的方向的干扰磁场抗性进行强化也很重要。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平7‑325138号公报
专利文献2:日本特开平9‑105630号公报
专利文献3:日本特开平7‑324933号公报
专利文献4:日本特开平7‑324934号公报
发明内容
因此,本发明就是为了解决上述现有的课题而完成的,其目的在于提供一种提高强磁场抗性和干扰磁场抗性的磁传感器。
解决方案
本发明中的磁传感器的特征在于,
所述磁传感器具有:
多个元件部,其由磁性层与非磁性层层叠而成且发挥磁阻效应;
偏压层,其配置在各元件部的第一水平方向的两侧;
软磁性体,其配置在各元件部的与所述第一水平方向正交的第二水平方向的两侧,且不与各元件部及各偏压层接触,
各元件部的灵敏度轴向为所述第二水平方向,
各偏压层的磁化方向为所述第二水平方向,以从各偏压层对各元件部供给向第一水平方向的偏压磁场的方式来构成各偏压层,
以如下所述的方式来构成各软磁性体,当配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体作用有来自所述第一水平方向的外部磁场时,能够将所述外部磁场变换为与所述第一水平方向不同的水平方向并向所述元件部供给,
多个所述元件部在所述第一水平方向上空开间隔地配置,与在所述第一水平方向上相邻的各元件部连接的所述偏压层间利用导电层连接而构成元件连设体,
多个所述元件连设体在所述第二水平方向上空开间隔地配置,各元件连设体的端部彼此通过所述导电层连接而形成为蜿蜒形状,
在俯视观察下在各元件部与配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体之间设有规定的间隔T1,并且所述偏压层在俯视观察下未重叠在与将各软磁性体间的距离最短的缘部间呈直线状连结的虚拟线上,且所述虚拟线在位于所述偏压层间的所述元件部上通过,
在所述第二水平方向上相邻的所述元件连设体的各软磁性体之间不存在所述偏压层。由此,能够提高强磁场抗性。
在本发明中,优选的是,所述软磁性体具有:相对于在各元件连设体内相邻的一方的所述元件部而配置在第二水平方向的Y1侧的Y1侧端部;相对于另一方的所述元件部而配置在Y1的相反侧的Y2侧的Y2侧端部;将所述Y1侧端部与所述Y2侧端部间连结的连接部。由此,能够相对于元件部简单且适当地配置各软磁性体,另外,能够将外部磁场变换为与第二水平方向不同的水平方向,而使变换磁场分别适当地向各元件部流入。
另外在本发明中,优选的是,所述连接部配置在相对于所述第一水平方向及所述第二水平方向这两个方向倾斜的方向上。
另外在本发明中,优选的是,以能够在设于相邻的所述元件连设体的所述软磁性体间形成有相对于来自所述第二水平方向的干扰磁场的磁路的方式来构成各软磁性体。此时,例如优选在设于相邻的所述元件连设体的一方的所述软磁性体的所述连接部的延长线上设置另一方的所述软磁性体的所述连接部。
另外在本发明中,配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的一方的所述软磁性体的所述Y1侧端部及另一方的所述软磁性体的所述Y2侧端部的各前端分别在俯视观察下向所述元件部的方向折弯,且所述一方的软磁性体的前端和所述另一方的软磁性体的前端在所述第二水平方向上空开间隔T2地对置,能够使从软磁性体向元件部的磁通量的流入集中(促进高效率的磁通量流入),从而使灵敏度(输出)提高,则为优选。
另外在本发明中,优选的是,所述元件部、所述偏压层及所述软磁性体的配置在各元件连设体之间相同。
另外在本发明中,优选的是,配置在所述第一元件部的所述第一水平方向的两侧的所述偏压层的结构和配置在所述第二元件部的所述第一水平方向的两侧的所述偏压层的结构不同,以使利用各元件连设体作用于在所述第一水平方向上相邻的第一元件部的第一偏压磁场和作用于第二元件部的第二偏压磁场成为相反方向。
另外在本发明中,优选的是,磁阻效应元件的形成区域由所述第一水平方向及所述第二水平方向而区分为四个区域,且在各区域中形成有具有所述元件部、所述偏压层及所述软磁性体而构成桥接电路的第一磁阻效应元件、第二磁阻效应元件、第三磁阻效应元件及第四磁阻效应元件,
所述第一磁阻效应元件和所述第四磁阻效应元件相对于来自所述第一水平方向的外部磁场而显现相同的电阻变化,
所述第二磁阻效应元件和所述第三磁阻效应元件相对于来自第一水平方向的外部磁场而显现相同的电阻变化,但所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件显现不同的电阻变化,
各磁阻效应元件中的各元件部及各偏压层的结构相同,
所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件中的各软磁性体的结构均相同,
所述第二磁阻效应元件及所述第三磁阻效应元件中的各软磁性体的结构均相同,但所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件不同,以与相对于所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件的向各元件部的磁场变换方向成为相反方向。
在上述技术方案中,优选的是,构成所述第一磁阻效应元件及所述第四磁阻效应元件的所述软磁性体和构成所述第二磁阻效应元件及所述第三磁阻效应元件的所述软磁性体以所述第二水平方向为对称轴而形成为线对称形状。
另外,本发明中的磁传感器的特征在于,
所述磁传感器具有:
多个元件部,其由磁性层与非磁性层层叠而成且发挥磁阻效应;
偏压层,其配置在各元件部的第一水平方向的两侧;
软磁性体,其配置在各元件部的与所述第一水平方向正交的第二水平方向的两侧,且与各元件部及各偏压层非接触,
各元件部的灵敏度轴向为所述第二水平方向,
各偏压层的磁化方向为所述第二水平方向,以从各偏压层对各元件部供给向第一水平方向的偏压磁场的方式来配置各偏压层,
以如下所述的方式来配置各软磁性体,当配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的各软磁性体作用有来自所述第一水平方向的外部磁场时,能够将所述外部磁场变换为与所述第一水平方向不同的水平方向并向所述元件部供给,
多个所述元件部在所述第一水平方向上空开间隔地配置,配置于在所述第一水平方向上相邻的各元件部的所述偏压层间利用导电层连接而构成元件连设体,
多个所述元件连设体在所述第二水平方向上空开间隔地配置,各元件连设体的端部彼此通过所述导电层连接而形成为蜿蜒形状,
所述软磁性体具有:相对于在各元件连设体内相邻的一方的所述元件部而配置在第二水平方向的Y1侧的Y1侧端部;相对于另一方的所述元件部而配置在Y1的相反侧的Y2侧的Y2侧端部;将所述Y1侧端部与所述Y2侧端部间连结的连接部,
以能够在设于相邻的所述元件连设体的所述软磁性体间形成有相对于来自所述第二水平方向的干扰磁场的磁路的方式来构成各软磁性体。由此,能够提高干扰磁场抗性。
在上述技术方案中,优选的是,所述连接部配置在相对于所述第一水平方向及所述第二水平方向这两个方向倾斜的方向上。
另外,优选的是,在设有相邻的所述元件连设体的一方的所述软磁性体的所述连接部的延长线上设置另一方的所述软磁性体的所述连接部。
另外在本发明中,优选的是,配置在各元件部的所述第二水平方向的两侧的一方的所述软磁性体的所述Y1侧端部及另一方的所述软磁性体的所述Y2侧端部的各前端分别在俯视观察下向所述元件部的方向折弯,且所述一方的软磁性体的前端和所述另一方的软磁性体的前端在所述第二水平方向上空开间隔T2地对置。
发明效果
根据本发明的磁传感器,能够提高强磁场抗性或干扰磁场抗性、或者强磁场抗性及干扰磁场抗性。
附图说明
图1是本实施方式中的磁传感器的概要图(俯视图)。
图2是将图1所示的A区域放大表示的局部放大俯视图。
图3是将图1所示的B区域放大表示的局部放大俯视图。
图4是将图1所示的C区域放大表示的局部放大俯视图。
图5是将元件部沿着高度方向切断的局部放大纵向剖视图。
图6是沿着图2所示的D‑D线而在高度方向上切断的局部放大纵向剖视图。
图7中,(a)是将构成第一磁阻效应元件及第四磁阻效应元件的元件部、偏压层及软磁性体的单元提取出的俯视图,尤其是用于说明外部磁场H1作用时的磁路的图,(b)是将构成第二磁阻效应元件及第三磁阻效应元件的元件部、偏压层及软磁性体的单元提取出的俯视图,尤其是用于说明外部磁场H1作用时的磁路的图,(c)是将构成第一磁阻效应元件及第四磁阻效应元件的元件部、偏压层及软磁性体的单元提取出的俯视图,尤其是用于说明干扰磁场H8作用时的磁路的图。
图8是表示比较例的磁传感器的结构的局部放大俯视图。
图9是表示图2~图4、图7所示的实施例的磁传感器和比较例的磁传感器中的来自灵敏度轴向的施加磁场和输出变动量之间的关系的曲线图。
图10是表示图2~图4、图7所示的实施例的磁传感器和比较例的磁传感器中的来自非灵敏度轴向的施加磁场和输出变动量之间的关系的曲线图。
图11是表示图2~图4、图7所示的实施例的磁传感器和比较例的磁传感器中的偏置磁场灵敏度变化的曲线图。
图12是表示与图2~图4不同的实施方式的磁传感器的局部放大俯视图。
图13是将图12所示的元件部、偏压层及软磁性体的一部分放大表示的俯视图。
图14是表示图2~图4、图7所示的实施例的磁传感器和图12、图13所示的磁传感器中的软磁性体间的间隔(间隙)和灵敏度(输出)之间的关系的曲线图。
具体实施方式
图1是本实施方式中的磁传感器的概要图(俯视图),图2是将图1所示的A区域放大表示的局部放大俯视图,图3是将图1所示的B区域放大表示的局部放大俯视图,图4是将图1所示的C区域放大表示的局部放大俯视图,图5是将元件部沿着高度方向切断的局部放大纵向剖视图,图6是沿着图2所示的D‑D线而在高度方向上切断的局部放大纵向剖视图。
本实施方式中的具备了磁阻效应元件的磁传感器S例如作为搭载于便携式电话等便携设备的地磁传感器而构成。
各图所示的X1‑X2方向及Y1‑Y2方向表示在水平面内正交的两个方向,Z方向表示相对于所述水平面正交的方向。将X1‑X2方向设为“第一水平方向”,将Y1‑Y2方向设为“第二水平方向”。
如图1所示,磁传感器S中,磁阻效应元件的形成区域13从其中心13a起由X1‑X2方向及Y1‑Y2方向区分为四个区域,在各区域内形成有第一磁阻效应元件1、第二磁阻效应元件2、第三磁阻效应元件3、第四磁阻效应元件4。需要说明的是,各磁阻效应元件1~4如后所述,元件部、偏压层、导电层相连而形成为蜿蜒形状,但在图1中,省略各磁阻效应元件2~4的形状而图示出。
如图1、图2所示,第一磁阻效应元件1及第三磁阻效应元件3与输入端子(Vdd)5连接。另外,第二磁阻效应元件2及第四磁阻效应元件4与接地端子(GND)6连接。另外,在第一磁阻效应元件1与第二磁阻效应元件2之间连接有第一输出端子(V1)7。另外,在第三磁阻效应元件3与第四磁阻效应元件4之间连接有第二输出端子(V2)8。如此通过第一磁阻效应元件1、第二磁阻效应元件2、第三磁阻效应元件3及第四磁阻效应元件4来构成桥接电路。
如图2~图4所示,各磁阻效应元件1~4具有:多个元件部9;与各元件部9的两侧连接的偏压层(永久磁铁层)10;不与各元件部9及各偏压层10接触的多个软磁性体12。
以下,以第一磁阻效应元件1的结构为中心进行说明。
第一磁阻效应元件1的一部分体现于图2和图3中。需要说明的是,图2、图3、图4、图7、图8的各图均作为对图6所示的绝缘层22进行透视的图。
如图2所示,在构成第一磁阻效应元件1的各元件部9的X1‑X2方向的两侧配置有偏压层10、10。各偏压层(永久磁铁层)10、10由CoPt、CoPtCr等来形成。
如图2所示,元件部9具备第一元件部9A和第二元件部9B,第一元件部9A及第二元件部9B如之后在图5中也说明那样层叠结构相同,但与各元件部9A、9B连接的偏压层10、10的配置不同。
如图2所示,在第一元件部9A的X1侧连接有第一偏压层10A,在X2侧连接有第二偏压层10B。各偏压层10A、10B均由大致三角形状形成,但在第一偏压层10A和第二偏压层10B中,成为彼此180°反转的形态。
如图2所示,在第二元件部9B的X1侧连接有第二偏压层10B,在X2侧连接有第一偏压层10A。如此,与第二元件部9B连接的偏压层10A、10B的配置与相对于第一元件部9A的偏压层10A、10B的配置相反。
因而,在各偏压层10被例如沿着Y2方向磁化时,对第一元件部9A作用有朝向X1方向的第一偏压磁场B1,对第二元件部9B作用有朝向X2方向的第二偏压磁场B2。
如图2所示,在第一偏压层10A及第二偏压层10B中,分别在与各元件部9相接的侧面形成有相对于X1‑X2方向及Y1‑Y2方向这两个方向倾斜的倾斜面20。另外,倾斜面20的相反侧的侧面也成为倾斜面21。通过将各偏压层10的与元件部9相接的一侧的侧面设为倾斜面20,由此能够对各元件部9从相对于各偏压层10的磁化方向(Y1‑Y2)正交的方向适当地供给偏压磁场B1、B2。相反侧的倾斜面21未必一定需要。即,也可以不是倾斜面21而是例如沿着Y1‑Y2方向呈直线状延伸的侧面。不过,如果相反侧也设为倾斜面21的话,则太阳城集团第一偏压层10A而言,对于第一元件部9A及第二元件部9B中的任一者而言均形成为相同形状,或太阳城集团第二偏压层10B而言,形成为使第一偏压层10A旋转180°的形状即可,因此将偏压层10的形状形成为两个图案。因而,在形成偏压层10的制造过程中所使用的掩模图案简单即可而优选。另外,如果相反侧也设为倾斜面21的话,能够使各偏压层10的形状变得更小,由此如后所述,能够容易使各偏压层10远离在软磁性体12内及软磁性体12、12间通过的磁场的磁路,从而实现强磁场抗性的进一步的提高。
如图2所示,与第一元件部9A连接的第二偏压层10B和与第二元件部9B连接的第一偏压层10B经由所述导电层16而电连接,由此构成出沿着X1‑X2方向延伸的元件连设体17。
如图2所示,多个元件连设体17在Y1‑Y2方向上空开间隔地配置,且各元件连设体17间由导电层18电连接而形成为蜿蜒状。
导电层16、18由非磁性的导电材料构成,且由Al、Cu、Ti等非磁性导电材料形成。
如图6所示,各元件部9形成在基板15表面的绝缘基体层19上。另外,如图6所示,在元件部9及偏压层10上形成有绝缘层22,在平坦化的绝缘层22上形成有各软磁性体12。偏压层10与元件部9同样地形成在绝缘基体层19上即可,并无限定。
采用图5对各元件部9的层叠结构进行说明。图5示出了将元件部9沿着Y1‑Y2方向平行切断的切断面。
如图5所示,元件部9例如自下依次层叠非磁性基体层60、固定磁性层61、非磁性层62、自由磁性层63及保护层64而成膜。构成元件部9的各层例如通过溅射来成膜。
在图5所示的实施方式中,固定磁性层61为第一磁性层61a、第二磁性层61b及介设于第一磁性层61a及第二磁性层61b间的非磁性中间层61c的层叠费里铜镍合金(Ferry)结构。各磁性层61a、61b由CoFe合金(钴‑铁合金)等软磁性材料形成。非磁性中间层61c为Ru等。非磁性层62由Cu(铜)等非磁性材料形成。自由磁性层63由NiFe合金(镍‑铁合金)等软磁性材料形成。保护层64为Ta(钽)等。
在本实施方式中,将固定磁性层61作为层叠费里铜镍合金结构,且为第一磁性层61a与第二磁性层61b反向平行地磁化固定而成的自锁止(self‑pinning)结构。不过,也可以为如下所述的结构,使反铁磁性层与固定磁性层相接地形成,并借助磁场中热处理而在反铁磁性层与固定磁性层之间产生交换结合磁场Hex,而使固定磁性层沿着规定的方向磁化固定。在例如图5所示的自锁止结构中,不采用反铁磁性层,故无需实施磁场中热处理而对构成固定磁性层61的各磁性层61a、61c进行磁化固定。需要说明的是,各磁性层61a、61b的磁化固定力为即便外部磁场作用时也不会产生磁化波动的程度的大小即可。
在本实施方式中,第二磁性层61b的固定磁化方向(P1;灵敏度轴向)为Y1方向。该固定磁化方向(P1)为固定磁性层61的固定磁化方向。
如图2所示,各元件部9形成为例如在X1‑X2方向上较长的矩形状。
如图2等所示,作为元件部9的一部分和偏压层10的一部分重叠形成的图,但其既可以例如削去与偏压层10重叠的位置的图5所示的自由磁性层63及保护层64,并在切削后的凹部中形成偏压层10,或者也可以将从与偏压层10重叠的固定磁性层61起到保护层64为止的元件部9的层叠部分全部削除,并使偏压层10与元件部9的侧面抵接。需要说明的是,在将与偏压层10重叠的部分的元件部9全部削除的情况下,元件部9的最外周形状不为矩形状,与偏压层10抵接的侧面效仿偏压层10的侧面20而成为倾斜面。
如图2、图6所示,各软磁性体12与元件部9及偏压层10呈非接触地构成。各软磁性体12由NiFe、CoFe、CoFeSiB或CoZrNb等形成。
如图2所示,设于第一磁阻效应元件1的各软磁性体12具备:相对于相邻的一方的元件部9而在俯视观察下与Y1侧对置的Y1侧端部12a;相对于另一方的元件部9而在俯视观察下与Y2侧对置的Y2侧端部12b;将Y1侧端部12a与Y2侧端部12b间连结的连接部12c。Y1侧端部12a、Y2侧端部12b及连接部12c一体地形成。
如图2所示,Y1侧端部12a及Y2侧端部12b沿着X1‑X2方向平行地延伸形成,但连接部12c沿着相对于X1‑X2方向及Y1‑Y2方向这两个方向倾斜的方向形成。
如图2所示,形成于第一磁阻效应元件1的各软磁性体12全部形成为相同的形状。
如图2所示,构成第一磁阻效应元件1的多个元件部9、多个偏压层10及多个软磁性体12的配置在各元件连设体17之间相同。
构成图2、图3、图4所示的第二磁阻效应元件2、第三磁阻效应元件3及第四磁阻效应元件4的各元件部9与第一磁阻效应元件1同样地为图5所示的层叠结构,且灵敏度轴向为Y1方向。另外,在偏压层10的形状、配置中,在第一磁阻效应元件1、第二磁阻效应元件2、第三磁阻效应元件3及第四磁阻效应元件4之间也没有变化,为全部相同的磁化方向(例如Y2方向),例如对第一元件部9A作用有X1方向的第一偏压磁场B1,对第二元件部9B作用有X2方向的第二偏压磁场B2。
构成图2所示的第一磁阻效应元件1的软磁性体12的形状、配置与图3、图4所示的第四磁阻效应元件4也是同样的。因而,在外部磁场作用时,在第一磁阻效应元件1与第四磁阻效应元件4中示出相同的电阻变化。
另一方面,如图2、图3、图4所示,构成第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的各软磁性体12相对于构成第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的各软磁性体12而呈以Y1‑Y2方向为对称轴的线对称形状。
如此,在用于第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的各软磁性体12的结构和用于第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的各软磁性体12的结构中不同。
通过将用于各磁阻效应元件1~4的软磁性体12设为图2~图4所示的结构,能够使第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的电阻变化和第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的电阻变化不同。第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的电阻变化和第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的电阻变化显现相反趋势。即,若第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的电阻值显现例如增大的趋势,则第二磁阻效应元件2及第三的磁阻效应元件3的电阻值显现减小的趋势。
需要说明的是,如图2、图3所示,可以在第一磁阻效应元件1与第三磁阻效应元件3之间设有共用的软磁性体12e,另外如图3、图4所示,可以在第二磁阻效应元件2与第四磁阻效应元件4之间设有共用的软磁性体12f。
图7(a)是将构成第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的一个元件部9、与所述元件部9的两侧连接的偏压层10、10及相对于所述元件部9而从Y1‑Y2方向对置的两个软磁性体12提取而示出的局部俯视图。图7(b)是将构成第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的一个元件部9、与所述元件部9的两侧连接的偏压层10、10及相对于所述元件部9而从Y1‑Y2方向对置的两个软磁性体12提取而示出的局部俯视图。
对于各磁阻效应元件1~4从X1‑X2方向作用外部磁场H1。如图7(a)所示,外部磁场H1通过构成第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的软磁性体12内及软磁性体12、12间,而形成图7(a)所示的箭头的磁路M1。需要说明的是,在该磁路M1以外也形成有磁路,但以主要的磁路M1而图示出。
如图7(a)所示,在一方的软磁性体12与另一方的软磁性体12的端部12a、12b间泄漏有外部磁场H2,且该外部磁场H2作用于元件部9。作用于元件部9的外部磁场H2相对于X1‑X2方向的外部磁场H1而变换为Y1方向、或者比Y1方向倾斜于X1‑X2方向的方向。
此时,由于元件部9的灵敏度轴向为Y1方向,故在外部磁场H2的作用下,自由磁性层63的磁化方向从X1‑X2方向朝向Y1方向地变化,由此第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的电阻值变小。
另一方面,如图7(b)所示,外部磁场H1通过构成第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的软磁性体12内,而形成图7(b)所示的箭头的磁路M2。需要说明的是,在该磁路M2以外也形成有磁路,但以主要的磁路M2而图示出。
如图7(b)所示,在经由元件部9而在Y1‑Y2方向上对置的一方的软磁性体12与另一方的软磁性体12的端部12a、12b间泄漏有外部磁场H3,且该外部磁场H3作用于元件部9。
如图7(b)所示,作用于元件部9的外部磁场H3相对于X1‑X2方向的外部磁场H1而变换为Y2方向、或者比Y2方向倾斜于X1‑X2方向的方向。即,知晓外部磁场H2、H3的变换方向在图7(a)和图7(b)中相反。
并且,元件部9的灵敏度轴向为Y1方向,故在外部磁场H3的作用下,自由磁性层63的磁化方向从X1‑X2方向朝向Y2方向地变化,由此第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3的电阻值变大。
如图7(a)及图7(b)所示,作用于元件部9的外部磁场H2、H3的方向变化的原因在于,软磁性体12相对于元件部9的配置在图7(a)和图7(b)中以Y1‑Y2方向为对称轴而呈线对称。
在本实施方式中,如图2和图7(a)所示,在俯视观察下在各元件部9与配置在各元件部9的Y1‑Y2方向的两侧的软磁性体12之间设有规定的间隔T1。需要说明的是,设有该间隔T1的情况在各磁阻效应元件1~4中全部通用。
进而在本实施方式中,偏压层10在俯视观察下未重叠在与将各软磁性体12间的距离变得最短的缘部12d、12d间呈直线状连结的虚拟线E上(如图2的第三磁阻效应元件3的局部所示),另外,虚拟线E在位于偏压层10间的元件部9上通过。该关系也在全部的磁阻效应元件1~4中通用。
另外在本实施方式中,在Y1‑Y2方向上相邻的元件连设体17的各软磁性体12之间不存在偏压层10(参考图2~图4、图7(a)(b))。
能够通过上述的本实施方式的结构来提高强磁场抗性。采用图7(a)进行说明。
从X2方向作用有非常强的外部磁场H1。例如外部磁场H1的大小为几百Oe至几千Oe。
如已经说明那样,外部磁场H1通过软磁性体12来变换方向而作为外部磁场H2作用于元件部9,但在本实施方式中,通过在俯视观察下在元件部9与软磁性体12间设置间隔(间隙)T1,由此能够使作用于元件部9的外部磁场H2变弱(能够使磁场变换效率降低)。
在本实施方式中,优选各间隔T1相对于软磁性体12、12间的间隔T2而分别为22~40%左右(如果将两个间隔T1合并的话,为44~80%左右)。元件部9位于软磁性体12、12的间隔T2的中央,且优选元件部9与一方的软磁性体12间的间隔T1和元件部9与另一方的软磁性体12间的间隔T1为大致相同宽度。
另外在本实施方式中,减小偏压层10的平面面积而将体积形成得较小。换而言之,当使偏压层10过于增大地形成时,尽管作用于元件部9的外部磁场H2变弱,但作用于元件部9的偏压磁场过于变大,从而产生元件部9的灵敏度降低的问题。
另外,通过较小地形成偏压层10,由此能够使在俯视观察下与软磁性体12的重叠充分地变小。
在本实施方式中,较小地形成偏压层10,使构成各元件连设体17的各元件部9间不经由偏压层10连接,而采用导电层16来连接(参考图2等)。
另外在本实施方式中,较小地形成偏压层10,在各元件连设体17之间不存在偏压层10。即在图7(a)所示的符号F的区域中不存在偏压层10。
图8为比较例的结构。在该比较例中,多个元件部30、30在Y1‑Y2方向上空开间隔地配置,将各元件部30、30之间利用沿着Y1‑Y2方向较长地延伸的偏压层31来连接。也就是说,与本实施方式不同,未经由非磁性的导电层16而将各元件部30、30间连结。
需要说明的是,在图8所示的比较例中,也具备软磁性体32,虽然该软磁性体32的形状与图7(a)所示的软磁性体12不同,但使向X2方向的外部磁场H1在元件部30的位置处变换为Y1方向、或者比Y1方向倾斜于X1‑X2方向的方向。
在图8所示的比较例中,当外部磁场H1作用时,对于偏压层31作用有方向变换后的外部磁场H5、H6等。此时,当偏压层31与本实施方式同样地被沿着Y2方向磁化时,外部磁场H5、H6中的外部磁场H5尤其相对于偏压层31的磁化方向而沿着相反方向作用,由于外部磁场H1越为强磁场而外部磁场H5也变得越强,故偏压层31的磁化容易崩溃。即,在图8所示的比较例的结构中,无法有效地提高强磁场抗性。
与其相对地,在图7(a)所示的本实施方式中,当外部磁场H1沿着X2方向作用时,在软磁性体12内及软磁性体12、12间的空间中在由箭头所示的方向上形成有磁路M1,但此时,由于从磁路M1拆除偏压层10,故与图8的比较例相比能够减小向偏压层10的磁场的作用,尤其是能够降低对偏压层10作用相对于磁化方向的逆磁场的情况。另外在图7(a)中虽然未图示,但在相邻的元件连设体17间也产生磁场,即在图7(a)所示的区域F中也产生了磁场,但在该区域F中不存在偏压层10,故形成为能够极力减弱作用于偏压层10的磁场的影响的结构。因而,在本实施方式中,形成为与图8所示的比较例的结构相比强磁场抗性优越的结构。
采用表示第一磁阻效应元件1及第四磁阻效应元件4的结构的图7(a)对上述的强磁场抗性进行了说明,但太阳城集团图7(b)的第二磁阻效应元件2及第三磁阻效应元件3而言,也能够实现同样的效果、即强磁场抗性的提高。
接着,对相对于外部磁场H1正交的干扰磁场抗性进行说明。
如图7(c)所示,从Y2方向作用有干扰磁场H8。于是,干扰磁场H8如箭头所示那样,在沿着各软磁性体12的倾斜方向延伸的连接部12c内通过,从而形成进入到在Y1‑Y2方向上相邻的软磁性体12内的磁路M3。
如此,软磁性体12发挥对于干扰磁场H8的屏蔽效果,能够抑制干扰磁场向元件部9或偏压层10的流入,从而能够降低传感器灵敏度变化。
图9中,采用本实施方式中的磁传感器S和基于图8的比较例的结构的磁传感器,对沿着X1‑X2方向施加磁场时的磁场的强度和去除施加磁场后的输出变动量(中点电压差)之间的关系进行了调查。X1‑X2方向为从元件部的灵敏度轴向P1观察时的正交方向,但来自X1‑X2方向的磁场在元件部的位置处被软磁性体使方向朝向灵敏度轴向变换而向元件部流入从而使元件部的电阻变化。即,本实施方式及比较例的磁传感器均是用于对来自X1‑X2方向的外部磁场进行检测的元件,且来自X1‑X2方向的外部磁场为相对于灵敏度轴向的磁场。需要说明的是,1Oe为约79.6A/m。
如图9所示可知,本实施例与比较例相比,即便施加磁场变大,也能够减小输出变动量,即,本实施例与比较例相比,偏压层10的磁化即便成为强磁场,也不会崩溃,强磁场抗性优越。
图10中,采用本实施方式中的磁传感器S和基于图8的比较例的结构的磁传感器,对沿着Y1‑Y2方向施加干扰磁场时的磁场的强度和去除施加磁场后的输出变动量(中点电压差)的关系进行了调查。
如图10所示可知,本实施例与比较例相比,即便施加磁场变大,也能够减小输出变动量,即,本实施例与比较例相比,偏压层10的磁化即便成为强磁场,也不会崩溃,干扰磁场抗性优越。
图11中,采用本实施方式中的磁传感器S和基于图8的比较例的结构的磁传感器,对如下的情况进行了调查,在沿着Y1‑Y2方向施加了11Oe的干扰磁场的状态下,沿着X1‑X2方向在±12Oe之间施加了磁场时的灵敏度相对于未沿着Y1‑Y2方向施加磁场而沿着X1‑X2方向在±12Oe之间施加了磁场时的灵敏度如何程度地变化。需要说明的是,图11所示的所谓“Positive”是指例如朝向Y2方向而作用干扰磁场时的含义,所谓“Negative”是指朝向Y1方向而产生干扰磁场的含义。
作为图11的纵轴的“偏置磁场灵敏度变化”,
通过偏置磁场灵敏度变化=[(灵敏度(沿着Y1‑Y2方向施加11Oe)/灵敏度(不存在向Y1‑Y2方向的施加磁场))‑1]×100(%)来求出。
偏置磁场灵敏度变化的绝对值越接近零,即便在施加了向Y1‑Y2方向的干扰磁场的状态下,灵敏度偏差越变小,从而能够获得优越的检测精度。
如图11所示,对于偏置磁场灵敏度变化(绝对值)而言,本实施例与比较例相比变小。本实施方式的干扰磁场抗性优越,在软磁性体12的所谓的屏蔽效果的作用下,能够极力地减弱向元件部9或偏压层10漏出的干扰磁场,但在图8的比较例中,与本实施方式相比,软磁性体12的屏蔽效果较弱,因此,可认为干扰磁场对元件部或偏压层赋予影响而导致偏置磁场灵敏度变化(绝对值)的变大。
在本实施方式中,也如图2所示那样,第一元件部9A及第二元件部9B的固定磁性层61的固定磁化方向(P1;灵敏度轴向)相同,但偏压磁场B1、B2的方向相反,第一元件部9A的自由磁性层63的磁化方向和第二元件部9B的自由磁性层63的磁化方向成为相反方向。因此,在借助外部磁场的作用而使各元件部9的灵敏度发生变化时,第一元件部9A的灵敏度的移动方向和第二元件部9B的灵敏度的移动方向成为相反方向,从而能够减小作为具有第一元件部9A及第二元件部9B的磁阻效应元件整体的灵敏度的不均。因此,在本实施方式中,能够提高输出特性的直线性。
在本实施方式中,如图2、图3、图4所示,能够分别一次地形成全部的磁阻效应元件1~4的元件部9及偏压层10。这是因为,全部的磁阻效应元件1~4的元件部的灵敏度轴向P1全部形成为相同的方向,且偏压层10的磁化方向全部形成为相同的方向。因而,在本实施方式中,能够利用一次的成膜来形成第一磁阻效应元件1、第二磁阻效应元件2、第三磁阻效应元件3及第四磁阻效应元件4。
在本实施方式中,如图7(a)(b)所示,当外部磁场H1进入软磁性体12内时,能够在软磁性体12内及软磁性体12、12间形成呈Z字形通过的磁路M1、M2,从而能够一边在元件部9的位置处对磁场的方向进行变换,一边对整个元件整体供给变换磁场。
需要说明的是,图1所示的磁传感器S的结构为对X1‑X2方向的外部磁场进行检测的结构,但如果将其沿着水平方向旋转90度,则形成为对Y1‑Y2方向的外部磁场进行检测的传感器结构,因而,在本实施方式中,由于具备图1所示的传感器结构和旋转了90度的传感器结构,由此形成为能够实现X、Y方向的磁场检测的磁传感器S。
软磁性体12的形状不局限于图2等所示的形状。例如软磁性体12的连接部12c倾斜,但也可以沿着Y1‑Y2方向平行地延伸。不过,对于将连接部12c倾斜地形成而言,更容易在隔着元件部9的软磁性体12、12间适当地产生变换磁场,而更难以给元件部9或偏压层10带来恶劣影响。另外,如图7(c)所示,通过在设于相邻的元件连设体17的一方的软磁性体12的连接部12c的延长线上设置另一方的软磁性体12的连接部12c,由此能够提高对于干扰磁场H8的屏蔽效果。
或者也可以如图12所示那样构成软磁性体40。图12是在磁传感器中示出与图3同样的区域的附图。需要说明的是,图12所示的各磁阻效应元件1~4只在软磁性体的形态方面与图3所示的各磁阻效应元件1~4不同,而其他方面全部相同。
如图12、图13所示,软磁性体40具有:位于元件部9的Y1侧的Y1侧端部40a;位于元件部9的Y2侧的Y2侧端部40b;将Y1侧端部40a与Y2侧端部40b间连结的连接部40c。
如图13所示,配置在元件部9的Y1‑Y2方向的两侧的一方的软磁性体40A的Y1侧端部40a和另一方的软磁性体40B的Y2侧端部40b的各前端40a1、40b1分别在俯视观察下向元件部9的方向折弯。
并且,如图13所示,一方的软磁性体40A的前端40a1和另一方的软磁性体40B的前端40b1空开间隔T2地在Y1‑Y2方向上对置。
另外,如图13所示,在俯视观察下在各软磁性体40A、40B的前端40a1、40b1与元件部9之间设有间隔T1。
如图13所示,通过在元件部9与各软磁性体40A、40B之间设置间隔T1,能够减弱作用于元件部9的外部磁场H4,另一方面,能够使从软磁性体40向元件部9的磁通量的流入集中(促进高效率的磁通量流入),从而能够实现输出的提高。
若为图7的结构,则外部磁场的轨迹还容易向通过元件部9的外部磁场H2、H3以外泄漏,例如如图7(a)所示,在相邻的元件连设体17、17的软磁性体17间外部磁场容易泄漏,导致输出容易降低。
与其相对地,如图12、图13的软磁性体40所示那样,通过形成为使前端40a1、40b1向元件部9的方向折弯的形状,由此相邻的元件连设体17、17的软磁性体40间等的泄漏变少,从而能够提高向元件部9的磁通量流入的效率,故能够提高输出。
图14中,采用图2~图4、图7所示的形态的磁传感器(实施例1)和图12、图13所示的形态的磁传感器(实施例2),示出了软磁性体间的间隔(间隙)T2(参考图7(a)、图13)和灵敏度(mV/Oe)之间的关系。在此所示的“灵敏度”为输出值除以供给的外部磁场H1的强度而得到的值。
如图14所示,实施例1及实施例2中均通过增大软磁性体间的间隔T2来降低灵敏度,但实施例2与实施例1相比,能够获得较高的灵敏度。
另外,如图12所示,为了在相邻的元件连设体17、17的一方的软磁性体40C与另一方的软磁性体40D之间提高对于干扰磁场的屏蔽效果,使软磁性体40C的Y1侧端部40a的前端40a1和另一方的软磁性体40D的Y2侧端部40b的前端40b1接近。另外,在软磁性体40C的Y1侧端部40a的前端40a1和另一方的软磁性体40D的Y2侧端部40b的前端40b1对置的位置设置相对于X1‑X2方向及Y1‑Y2方向的倾斜面41,从而容易使干扰磁场在软磁性体40C、40D间通过。
附图标记说明如下:
B1、B2  偏压磁场
H1、H2、H3、H5、H6  外部磁场
H8  干扰磁场
M1、M2、M3  磁路
S  磁传感器
1~4  磁阻效应元件
9、9A、9B  元件部
10、10A、10B  偏压层
12、40  软磁性体
12c、40c  连接部
40a1、40b1  前端
17  元件连设体
20  倾斜面
61  固定磁性层
太阳城集团63  自由磁性层

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